Powstanie i zróżnicowanie się form żywych

FILOGENEZA ? rozwój rodowy poszczególnych grup organizmów ustalonych na podstawie badań porównawczych form kopalnych i współczesnych.

ORGANIZMY HETEROTROFICZNE ? Jest to określenie dla cudzożywnego organizmu, który odżywia się poprzez pobieranie substancji pokarmowych z innych osobników.

ORGANIZMY AUTOTROFICZNE ? organizmy samożywne, które wytwarzają same materię organiczną, która stanowi ich pokarm. Wytwarzają pokarm na drodze fotosyntezy.

POLIMERYZACJA ? reakcja chemiczna monomerów prowadząca do powstania polimerów. Podczas polimeryzacji następuje rozerwanie wiązań podwójnych, potrójnych albo otwarcie pierścienia (często heterocyklicznego). Szybkość polimeryzacji uzależniona jest od temperatury, ciśnienia, ilości i rodzaju inicjatora lub katalizatora. W reakcji polimeryzacji można wyróżnić trzy etapy: inicjacje reakcji, propagacje i terminacje (zakończenie).

EWOLUCJONIZM - nauka, której przedmiotem badań jest ewolucja organiczna, czyli jest to nauka zajmująca się całokształtem zagadnień związanych z rozwojem życia na Ziemi. Przedmiotem badań ewolucjonizmu jest ewolucja, oznaczająca proces ciągłych zmian organizmu w kierunku coraz lepszego przystosowania się do środowiska.

Podstawą wiedzy biologicznej jest współczesna forma darwinizmu, która zakłada, że wszystkie żyjące dziś na Ziemi istoty żywe wywodzą się od jednej, archaicznej formy organizmu bądź grupy organizmów zbliżonych do siebie pod względem budowy i funkcji. Przemawia za tym wiele elementarnych cech wspólnych wszystkich organizmów, tj. jednolita budowa chemiczna, uniwersalność kodu genetycznego i podstawowych przemian metabolicznych, podobieństwo struktur komórkowych. Przyjmuje się, że pierwsze formy życia na Ziemi były podobne do bakterii, a z nich powstały jednokomórkowe organizmy eukariotyczne. Od nich z kolei wywodzą się trzy wielkie, odrębne grupy organizmów wielokomórkowych: rośliny, zwierzęta i grzyby.
Podział organizmów żywych wydziela 5 wzajemnie ewolucyjnie powiązanych królestw. Najbardziej pierwotne z nich PROCARYOTA, obejmuje bakterie i sinice, zasadniczo odbiega od pozostałych. Między nim a następną grupą PROTISTA przebiega fundamentalna linia podziału organizmów żywych. Procaryota w odróżnieniu od pozostałych królestw, mają odmiennie uorganizowane komórki, nie zawierające jądra komórkowego i większość wyspecjalizowanych organelli (tj. mitochondria, aparat Golgiego lub plastydy). Organizmy zbudowane z takich bardzo prostych komórek są zaliczane do organizmów prokariotycznych. Przedstawiciele wszystkich pozostałych królestw należą do organizmów eukariotycznych, a więc organizmów mających komórki z wyodrębnionym jądrem, zawierającym informację genetyczną w postaci chromosomów, i wieloma wyspecjalizowanymi organellami w cytoplazmie.
Jednym z najważniejszych, ale nierozwiązanych problemów biologii jest pochodzenie życia na Ziemi, a więc problem biogeneza. Współczesna teoria ewolucji opisuje niektóre mechanizmy stopniowego różnicowania się świata żywego oraz jego rozwój rodowy ? filogenezę. Teoria ta nie dostarcza jednak zbyt wielu informacji na temat pierwszych organizmów na Ziemi.
Zakłada się, że pierwsze układy żywe powstały na Ziemi na skutek ewolucji chemicznej we wczesnych okresach kształtowania się skorupy ziemskiej (książka rys 61).
Badania składników skał osadowych wykazują, że 2 mln lat temu atmosfera Ziemi nie zawierała tlenu, dopiero później nastąpił wzrost tego pierwiastka. Ślady życia (podobnych do bakterii) można odnaleźć w osadach znacznie wcześniejszych, czyli pierwsze organizmy musiały oddychać beztlenowo. Pierwotny brak tlenu w atmosferze dowodzi także tego, że organizmy wytwarzające go (organizmy autotroficzne przeprowadzające fotosyntezę) stanowią późniejszy etap ewolucji. Dopiero od momentu ich pojawienia się i rozprzestrzenienia ilość tlenu zaczęła stopniowo wzrastać.
Pierwsze formy żywe nie były autotrofami. Dla wszystkich znanych nam dziś organizmów heterotroficznych pierwotnym źródłem związków organicznych są organizmy autotroficzne. Tak więc pierwsze organizmy czerpały związki węgla bezpośrednio ze swojego otoczenia, a więc z wody. Wg Haldane i Oparina w oceanie pozbawionym tlenu związki konieczne do życia mogły gromadzić się w dużych ilościach. Ich źródłem były wyładowania elektryczne w atmosferze bogatej w dwutlenek węgla, amoniak, parę wodną, wodór i metan. Mogło to być również spowodowane przez wysokoenergetyczne promieniowanie, gł. promieniowanie ultrafioletowe.
Doświadczenie Millera przedstawia możliwość powstania podstawowych związków organicznych. Poddał on działaniu wyładowań elektrycznych mieszaninę gazów naśladującą skład pierwotnej, beztlenowej atmosfery ziemskiej. W wyniku tego powstały liczne związki organiczne, nawet niektóre aminokwasy. Można więc przyjąć, że w pierwotnych oceanach istniały wystarczające zasoby budulca i energii dla początkowych prostych oddychających beztlenowo organizmów heterotroficznych.
Obecne w wodzie związki organiczne mogły reagować ze sobą w wodzie, tworząc cząstki bardziej skomplikowane. W wyniku polimeryzacji mogły powstawać pierwsze oligopeptydy i nukleotydy oraz wiele innych substancji stanowiących budulec pierwszych organizmów. Pierwsze ustroje żywe mogły powstać np. na skutek kondensacji obecnych w wodzie polimerów, aż do wytworzenia pęcherzykowatych, organicznych warstw lipidów tworów. Oparin obserwował tworzenie się takich pęcherzyków w mieszaninie różnych polimerów i w obecności substancji tłuszczowych. Nazwał je koacerwatami i wykazał, że mogą one wybiórczo wychwytywać z roztworu różne związki organiczne, rosnąć i dzielić się.
Gdyż samorzutna polimeryzacja prostych związków w roztworze wodnym wymaga nakładów energetycznych i może być trudna, Fox zaproponował inny model powstawania biopolimerów i ich skupień. Stwierdził, że suszone i podgrzewane do temperatury ponad 100?C mieszaniny złożone z aminokwasów formują polimeryczne związki, zw. protenoidami. Twory te rozpuszczone w wodzie formują niewielkie, odgraniczone błoną mikrosfery, wykazujące samorzutnie różnorodne właściwości katalityczne. Wg niego warunki do powstania takich tworów na Ziemi zapewniły różne naturalne czynniki, np. działalność wulkanów.
Koacerwaty nie podlegają mechanizmowi doboru naturalnego, bo brak im czynnika dziedziczenia. Bez tego nie jest możliwe dziedziczenie najprostszych nawet cech układów wyjściowych przez układy potomne.
Wszystkie znane organizmy żywe stanowią układ 2 wzajemnie sprężonych typów związków chemicznych: kwasów nukleinowych i białek. W komórkach białka nie mogą powstawać bez udziału kwasów nukleinowych, kwasy nukleinowe nie mogą być syntetyzowane bez udziału obsługujących ten proces białek enzymatycznych. Równoczesne pojawienie się odpowiednich substancji białkowych i odpowiednich polinukleotydów jest znikome.
Gdy układy makrocząsteczek, których ważnym elementem jest RNA, znalazły się we wnętrzu otoczonych błoną tworów o właściwościach katalitycznych, doszło do powstania pierwotnej komórki, która miała już zaczątek wszystkich podstawowych elementów, zapewniających jej dalszą ewolucje, dzięki której powstały organizmy prokariotyczne. Były one beztlenowo oddychającymi heterotrofami, ale posiadały zdolność autotroficznego odżywiania, najpierw na drodze chemosyntezy (proces przekształcania dwutlenku węgla w związki organiczne z wykorzystaniem energii pochodzącej z utleniania związków nieorganicznych lub organicznych jednowęglowych) a potem fotosyntezy. Autotroficzny sposób odżywiania dawał im niezależność od zewnętrznych źródeł związków węgla i przewagę nad organizmami heterotroficznymi, które musiały konkurować ze sobą o ograniczoną ilość pokarmu. Liczba autotrofów wzrastała, a w atmosferze gromadził się tlen trując organizmy beztlenowe. Przetrwały tylko te, które wykształciły odpowiednie mechanizmy obronne, a niektóre z nich zaczęły wykorzystywać tlen w procesach oddechowych.
Ważną rolę w powstawaniu komórek eukariotycznych odegrało zjawisko endosymbiozy (wchłonięcia pewnego organizmu i nie strawienia go, lecz wbudowania we własne struktury). Większe komórki były zasiedlane przez drobniejsze prokariotyczne symbionty, które z czasem utraciły samodzielność i przekształciły się w wyspecjalizowane organelle komórkowe: mitochondria i chloroplasty. Początek mitochondriom dały jakieś tlenowe bakterie, chloroplastom ? prokariotyczne fotoautotrofy, należące zapewne do sinic. Organelle te zachowały pewną autonomie i wiele śladów prokariotycznego pochodzenia. Mają własny DNA i własny aparat translacyjny, utrzymały zdolność namnażania się i pod wieloma względami przypominają komórki prokariotyczne.